Un team di scienziati ha condotto un'analisi di esperimenti con sfere d'oro guidate direttamente per testare i modelli di trasporto del calore utilizzati nella fusione a confinamento inerziale (ICF) e nella modellazione ad alta densità di energia (HED). È stato riscontrato che limitare eccessivamente il flusso di calore ha causato disaccordo con la misurazione.

Però, simulazioni con un modello di trasporto di calore non locale ridotto corrispondevano quantitativamente alle condizioni del plasma (densità elettronica e temperatura) dedotte dalla diagnostica di scattering ottico Thomson, e che le condizioni del plasma erano qualitativamente coerenti con un locale, modello di trasporto del calore non ristretto. Ulteriore, i disaccordi nell'accoppiamento laser e nella potenza irradiata sono probabilmente dovuti a carenze nei modelli di altri processi fisici.

Questo lavoro è stato presentato come conferenza su invito al meeting 2020 della Divisione APS di Plasma Physics, e appare in Fisica dei Plasmi nella "Raccolta Speciale:Atti del 62° Convegno Annuale della Divisione APS di Fisica del Plasma". Il lavoro è un prodotto di una collaborazione tra Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), il Laboratorio di Energetica Laser e l'Università di Alberta. L'esperimento è stato condotto presso l'Omega Laser Facility presso l'Università di Rochester.

Will Farmer di LLNL è stato il capo progettista e il primo autore del documento, e George Swadling è stato il principale sperimentatore e coautore. Altri coautori includono Mordy Rosen, Candace Harris, Marilyn Schneider, Mark Sherlock e Steven Ross di LLNL, Wojciech Rozmus e Colin Bruulsema dell'Università di Alberta e Dana H. Edgell e Joe Katz dell'Università di Rochester.

"Non siamo stati in grado di abbinare la luce laser non assorbita misurata e il flusso di raggi X irradiato, ma le condizioni del plasma erano insensibili alla discrepanza energetica per questi processi, " Farmer ha detto del lavoro. "Questo suggerisce che le carenze nella modellazione non sono dovute al trasporto di calore ma a qualche altro pezzo di fisica".

Questa ricerca è stata condotta nel tentativo di determinare la fonte del "deficit di guida, "Un problema di vecchia data nella modellazione ICF e HED per cui i tempi di scoppio delle capsule sembrano sempre verificarsi più tardi rispetto alle simulazioni e la quantità di flusso di raggi X in un hohlraum è sovrastimata dalla simulazione.

In precedenza, era stato proposto che l'utilizzo di un modello di flusso di calore restrittivo potesse eliminare parte del deficit di azionamento. I risultati della sfera d'oro non supportano questo approccio e suggeriscono che il problema è altrove. Risolvere il problema del deficit di guida è un passo importante verso lo sviluppo di un modello predittivo di esperimenti ICF e HED.

Farmer ha paragonato il bilancio energetico in un hohlraum alla cottura di una torta in un forno. "Hai messo la tua torta nel forno, " ha detto. "E tu vuoi sapere quando devi tirarlo fuori. Per sapere, devi capire quanta energia stai mettendo nel forno, quanta energia viene riflessa dalle pareti e quanta energia viene persa attraverso la conduzione fuori dalle pareti, in modo che la stima della temperatura del forno sia corretta."

Farmer ha detto che per qualsiasi motivo, il forno è più fresco di quanto pensiamo dovrebbe essere e la torta sembra sempre impiegare più tempo a cuocere di quanto pensiamo dovrebbe, e questo lavoro sta cercando di capire perché il forno ha "più perdite" del previsto. "Abbiamo determinato che il trasporto di calore, almeno per le sfere d'oro guidate direttamente. Nessuno vuole una torta che cola, " Lui ha spiegato.

Farmer ha detto che il lavoro è al centro della missione di gestione delle scorte per il laboratorio, perché sta tentando di sviluppare strumenti predittivi che possono essere applicati in tutte le comunità HED e ICF. "Penso che se riusciamo a capire il deficit di guida, avrà profonde implicazioni per molte diverse aree di ricerca attive presso il Laboratorio, " Egli ha detto.

Farmer ha detto che dal momento che il team ha concluso che il problema non è il trasporto di calore, il passo successivo consiste nell'esaminare altri possibili meccanismi fisici. Primo, vogliono esaminare se possono abbinare sia le condizioni del plasma che l'accoppiamento laser utilizzando i migliori codici di interazione laser plasma per Z basso, sfere di berillio dove poca energia è suddivisa in raggi X. Quindi il team prenderà ciò che è stato appreso e lo applicherà alle sfere d'oro per vedere se esiste una storia coerente sia per l'accoppiamento laser che per il trasporto di calore, con ogni ulteriore discrepanza probabilmente attribuibile a carenze nella modellazione dei processi di fisica atomica.

Secondo, il team ha presentato una proposta per fare sfere a metà Z, dove la radiazione ha un moderato impatto sul bilancio energetico. Là, i ricercatori possono verificare se la discrepanza nel bilancio energetico simulato è dovuta alle previsioni della fisica atomica delle opacità e delle emissività dei raggi X.

Farmer ha affermato che LLNL ha costruito una forte collaborazione con Rozmus e il suo studente laureato Bruulsema, che sono stati determinanti nell'analisi dei dati per il lavoro. Finora sono uscite due pubblicazioni da questo progetto e una terza è in corso di stesura. Ulteriori pubblicazioni sono attese man mano che i lavori continuano.